Похожие презентации:
Электродные потенциалы
1. Электрохимия
Электродные потенциалы1
2. План лекции
• Процессы на границе металл / вода, металл/ раствор
• Электродный потенциал
• Уравнение Нернста
• Водородный электрод
• Классификация электродов
• Уравнение Нернста-Петерса
• О-В системы в живых организмах
2
3. Поверхностное растворение металла
34. Двойной электрический слой
• Упорядоченноерасположение
противоположно
заряженных частиц
на границе раздела
фаз
4
5.
Устанавливается подвижное равновесие(скорость растворения = скорости
осаждения)
Образовавшаяся пограничная разность
потенциалов получила название
электродного потенциала Е (лат. рotentia
– возможность, мощь)
5
6. Процессы на границе металл/раствор
• Выход катионов изметалла
• Осаждение катионов соли
на металлической
пластинке
Преобладание того или иного
процесса объясняется:
• Энергией связи катиона
металла в
кристаллической решетке
• Энергией связи между
катионом и диполями
воды
6
7.
• Химически активные металлы (Zn, Mg, Al, Fe)характеризуются большими величинами
растворимости. При любых больших
концентрациях их солей, которые можно
получить практически, эти металлы всегда
будут в большей или меньшей степени
растворяться, а возникающие при этом
электродные потенциалы будут
отрицательными (Е < 0)
• Величины растворимости химически
малоактивных металлов (Cu, Hg, Ag, Au, Pt)
ничтожно малы. Даже при малых
концентрациях солей этих металлов на
границе металл / раствор будет преобладать
процесс осаждения ионов металла из раствора
на металлическую поверхность (Е > 0)
7
8. Уравнение Нернста
2,3RT2,3RT
E = ----------- lgK + ---------- lg a
nF
nF
Е – электродный потенциал
R = 8,31 Дж/моль К
F = 96 500 Кл – число Фарадея
К – константа, характеризующая природу металла
а – активность катиона металла
8
9. Стандартный электродный потенциал (Е°)
• Потенциал, возникающий на границе металл /раствор при активности катионов металла в
растворе 1 моль/л и температуре 298 К
2,3RT
Е = Е° + ----------- lg a(К+)
nF
0,2Т
Е = Е° + ----------- lg a(К+)
n
Зависит от природы металла, от заряда катиона,
от активности иона, от температуры
9
10. Ряд напряжений
• Расположение металлов в порядкевозрастания их стандартных электродных
потенциалов
Li
K
Na
Zn
Fe
-3,05 -2,09 -2,70 -0,76 -0,44
H
Cu
Ag
Au
0 +0,34 +0,8 +1,7
10
11. Водородный электрод
• H2 2H+ + 2e• 2H+ + 2e- H2р Н2 = 1
а(Н+) = 1
Т = 298 К
ЕН° = 0
11
12. Недостатки стандартного водородного электрода
• Трудно изготавливать, сохранять иподдерживать в рабочем состоянии
• Водород должен быть химически чистым
• Давление и реакция среды должны быть
постоянными
12
13. Названия электродов
• Анод – электрод, на котором протекаетреакция окисления, т.е. отдача электронов;
активный металл, заряд отрицательный
• Катод – электрод, на котором протекает
реакция восстановления, т.е.
присоединение электронов, заряд
положительный
13
14. Хлорсеребряный электрод
• AgCl Ag+ + Cl• Ag+ + е- Ag°• KCl K+ + ClРаствор хлорида
калия –
насыщенный (Е° =
+222 мВ)
14
15. Классификация электродов Электроды I типа
Электродный потенциал создается награнице металл / раствор в результате
окислительно-восстановительной
реакции
• Ионометаллические – потенциал
возникает в результате обмена ионами
• Окислительно-восстановительные
(редокс-электроды) – в результате
обмена электронами
15
16. Ионометаллические электроды
• 1-го рода: электроды, обратимые относительноили катиона или аниона (цинковый, медный,
газовые). Представляет собой металл,
опущенный в раствор собственной соли
• 2-го рода: электроды, обратимые относительно
и катиона и аниона. Электродный потенциал
зависит от концентрации катиона и аниона
(хлорсеребряный). Представляют собой
трехфазную систему, в которой металл покрыт
труднорастворимой солью и погружен в
раствор, содержащий анионы этой соли
16
17. Окислительно-восстановительные электроды
• Электроды, в которых материал электрода вокислительно-восстановительном процессе не
участвует; он является только переносчиком
электронов
Представляют собой систему, содержащую
окисленную и восстановленную формы одного
и того же вещества. В его раствор опущен
инертный металлический электрод (Pt, Au),
который является или поставщиком
электронов или их переносчиком
17
18.
• Если в системепреобладает
окисленная форма –
будет идти процесс
восстановления («+»)
Fe3+ + e- Fe2+
• Если в системе
преобладает
восстановленная
форма – будет идти
процесс окисления
(«–»)
Fe2+ Fe3+ + e18
19. Уравнение Нернста-Петерса
0,2Т[OX]
Eо-в = Е°о-в + ---------- lg----------n
[Red]
n – количество электронов, которые
передаются от одной формы к другой
Е°о-в – потенциал окислительновосстановительной системы, в которой
соотношение окисленной и
восстановленной форм = 1
19
20.
• I вида: ОХ +zе- Red• II вида: ОХ +zе- + mН+ Red
Eо-в = Е°о-в
0,2Т
[OX][H+]m
+ ---------- lg---------------n
[Red]
20
21. Электроды II типа
• Электродный потенциал возникает награнице раздела двух растворов,
отделенных мембраной с избирательной
проницаемостью для отдельных ионов –
мембранные электроды (ферментные)
21
22. Стандартные О-В потенциалы
Li+/Li Al3+/Al H+/H2, Cu2+/Pt
Cu
-3,05
-1,66
0,00
Cl/Cl2,
Pt
+0,34 +1,36
MnO4- F-/F2
/Mn, Pt
+1,67
+2,87
• Характеризуют способность системы
функционировать в качестве окислителя
или восстановителя
22
23. О-В системы в живых организмах
0,2Т[пируват][H+]2
Ео-в = Е°о-в + ----------- lg------------------2
[лактат]
Е°о-в = -0,185 В
23
24.
Весь путь биологического окисленияхарактеризуется изменением потенциала
от –0,42 до +0,81 В
При переходе электронов от одной формы
вещества к другой в цепи реакций
потенциал изменяется постепенно
Минимальная разность потенциалов,
необходимая для превращения АДФ в
АТФ составляет 0,17 В
24